(57)【要約】【課題】活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子を提供する。【解決手段】面発光レーザ素子は、反射層１０３，１０７と、活性層１０５を含む共振器１２０とを備える。活性層１０５よりも基板側に配置された反射層１０３は、低屈折率層１０３１と、高屈折率層１０３２と、組成傾斜層１０３３とを積層した積層構造からなる。そして、積層された複数の低屈折率層１０３１のうち、共振器１２０側に配置された３個の低屈折率層１０３１Ａ，１０３１Ｂ，１０３１Ｃは、ｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数、λは発振光の波長、ｎは低屈折率層１０３１の屈折率）の膜厚を有し、他の領域に配置された低屈折率層１０３１は、λ／４ｎの膜厚を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、活性層を含む共振器と、
前記基板と前記共振器との間に設けられた反射層とを備え、
前記反射層は、第１の熱伝導率を有する第１の半導体層と、前記第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の半導体層とが交互に積層された分布ブラッグ反射器からなり、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層は、相互に接し、
前記反射層に含まれる複数の第１の半導体層の少なくとも１つの光学的な膜厚は、前記活性層において発振する発振光の波長をλとし、前記第１の半導体層の屈折率をｎとしたとき、ｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）である、面発光レーザ素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に設けられ、活性層を含む共振器と、
前記基板と前記共振器との間に設けられた反射層とを備え、
前記反射層は、第１の熱伝導率を有する第１の半導体層と、前記第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の半導体層とが交互に積層された分布ブラッグ反射器からなり、
前記反射層に含まれる複数の第１の半導体層の少なくとも１つの光学的な膜厚は、前記活性層において発振する発振光の波長をλとし、前記第１の半導体層の屈折率をｎとしたとき、ｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）であり、
前記共振器は、前記活性層の両側に配置された第１および第２の共振器スペーサー層をさらに含み、
前記第１および第２の共振器スペーサー層の少なくとも一方の共振器スペーサー層は、ＡｌＧａＩｎＰからなる、面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記光学的な膜厚がｍλ／４ｎである第１の半導体層は、前記共振器に接して設けられる、請求項１または請求項２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記第１の半導体層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記第１の半導体層は、ＡｌＡｓからなる、請求項４に記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記光学的な膜厚がｍλ／４ｎである第１の半導体層は、前記活性層で発振する発振光の電界の定在波分布における腹に対応する領域において、前記腹に対応する領域以外の領域のドーピング量よりも少ないドーピング量を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に設けられた複数の面発光レーザ素子とを備え、
前記複数の面発光レーザ素子の各々は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子からなる、面発光レーザアレイ。
【請求項８】
書き込み光源を備え、
前記書き込み光源は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項７に記載の面発光レーザアレイからなる、画像形成装置。
【請求項９】
光源を備え、
前記光源は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項７に記載の面発光レーザアレイからなる、光インターコネクションシステム。
【請求項１０】
光源を備え、
前記光源は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項７に記載の面発光レーザアレイからなる、光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面発光レーザ素子、それを備えた面発光レーザアレイ、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた画像形成装置、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光インターコネクションシステムおよび面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ素子は、基板に対して垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、劈開不要であり、二次元に集積化が可能であり、素子の検査が容易である等の特徴を有する。そのため、面発光レーザ素子は、光インターコネクションなどの光通信の光源、光ピックアップ用の光源および画像形成装置の光源等として用いられている。
【０００３】
このような用途の面発光レーザ素子には、活性層の利得が大きく、レーザ発振のためのしきい値が低く、高出力であり、信頼性に優れ、偏光方向が制御されていることが求められる。
【０００４】
しかし、面発光レーザ素子は、活性層の体積が小さいため、端面発光型の半導体レーザと比較して、光出力が小さいという問題がある。この光出力を増大させる方法の一つとして発光部の温度上昇を低減する方法がある。
【０００５】
一般に、面発光レーザ素子に限らず、半導体レーザでは、電流注入によって発生する熱の拡散の度合が、レーザ出力、光スペクトル、モードおよびレーザ寿命等に大きな影響を与える。熱拡散など、半導体の熱伝導についての問題は、デバイスの性能と密接に関係した重要なものである。
【０００６】
特に、面発光レーザ素子では、活性層が熱抵抗の大きい半導体多層膜反射鏡（ＤＢＲ）で挟み込まれた構造になっているため、活性層の温度上昇が大きい。面発光レーザ素子が高温になると、光出力は、飽和してしまうため、光出力が低くなるという問題がある。この問題は、発振光の波長と無関係に発生するものであり、面発光レーザ素子に共通の問題である。
【０００７】
活性層の温度上昇を抑制する方法として、基板側に設けられたＡｌＧａＡｓ材料系からなる多層膜反射鏡の下側の大部分の低屈折率層にＡｌＧａＡｓ材料系において最も熱抵抗が小さいＡｌＡｓを用いる構成が提案されている（特許文献１）。
【０００８】
また、活性層で発生した熱を効率良く取り除くために、活性領域と多層膜反射鏡との間、または多層膜反射鏡中に熱伝導率が高い（熱抵抗が小さい）材料からなる高熱伝導率層を有する構成も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−１６４６２１号公報
【特許文献２】特開２００５−３５４０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に開示された構成では、反射層の高屈折率層と低屈折率層との間に組成傾斜層が設けられる。そして、この組成傾斜層は、アルミニウム（Ａｌ）の組成ｘが０．２から１まで変化するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなるため、熱抵抗が大きい。したがって、特許文献１に開示された構成では、活性層で発生した熱を効果的に取り除くのが困難であるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２においては、熱伝導率が高い（熱抵抗が小さい）材料からなる高熱伝導率層を多層膜反射鏡中に設けることに言及しているに過ぎず、活性層で発生した熱を効果的に取り除くための具体的な構成は開示されていない。
【００１１】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子を提供することである。
【００１２】
また、この発明の別の目的は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子を備えた面発光レーザアレイを提供することである。
【００１３】
さらに、この発明の別の目的は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子、またはそれを備えた面発光レーザアレイを用いた画像形成装置を提供することである。
【００１４】
さらに、この発明の別の目的は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子、またはそれを備えた面発光レーザアレイを用いた光インターコネクションシステムを提供することである。
【００１５】
さらに、この発明の別の目的は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子、またはそれを備えた面発光レーザアレイを用いた光通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明によれば、面発光レーザ素子は、基板と、共振器と、反射層とを備える。共振器は、基板上に設けられ、活性層を含む。反射層は、基板と共振器との間に設けられる。そして、反射層は、第１の熱伝導率を有する第１の半導体層と、第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の半導体層とが交互に積層された分布ブラッグ反射器からなる。第１の半導体層および第２の半導体層は、相互に接する。反射層に含まれる複数の第１の半導体層の少なくとも１つの光学的な膜厚は、活性層において発振する発振光の波長をλとし、第１の半導体層の屈折率をｎとしたとき、ｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）である。
【００１７】
また、この発明によれば、面発光レーザ素子は、基板と、共振器と、反射層とを備える。共振器は、基板上に設けられ、活性層を含む。反射層は、基板と共振器との間に設けられる。そして、反射層は、第１の熱伝導率を有する第１の半導体層と、第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する第２の半導体層とが交互に積層された分布ブラッグ反射器からなる。反射層に含まれる複数の第１の半導体層の少なくとも１つの光学的な膜厚は、活性層において発振する発振光の波長をλとし、第１の半導体層の屈折率をｎとしたとき、ｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）である。共振器は、活性層の両側に配置された第１および第２の共振器スペーサー層をさらに含む。第１および第２の共振器スペーサー層の少なくとも一方の共振器スペーサー層は、ＡｌＧａＩｎＰからなる。
【００１８】
好ましくは、光学的な膜厚がｍλ／４ｎである第１の半導体層は、共振器に接して設けられる。
【００１９】
好ましくは、第１の半導体層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなる。
【００２０】
好ましくは、第１の半導体層は、ＡｌＡｓからなる。
【００２１】
好ましくは、光学的な膜厚がｍλ／４ｎである第１の半導体層は、活性層で発振する発振光の電界の定在波分布における腹に対応する領域において、腹に対応する領域以外の領域のドーピング量よりも少ないドーピング量を含む。
【００２２】
また、この発明によれば、面発光レーザアレイは、基板と、複数の面発光レーザ素子とを備える。複数の面発光レーザ素子は、基板上に設けられる。そして、複数の面発光レーザ素子の各々は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子からなる。
【００２３】
さらに、この発明によれば、画像形成装置は、書き込み光源を備える。そして、書き込み光源は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項７に記載の面発光レーザアレイからなる。
【００２４】
さらに、この発明によれば、光インターコネクションシステムは、光源を備える。そして、光源は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項７に記載の面発光レーザアレイからなる。
【００２５】
さらに、この発明によれば、光通信システムは、光源を備える。そして、光源は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子、または請求項７に記載の面発光レーザアレイからなる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、面発光レーザ素子においては、反射層を構成する２種の半導体層は相互に接して積層されるとともに、その２種の半導体層のうち、熱伝導率が高い方の半導体層の膜厚は、ｍλ／４ｎに設定される。
【００２７】
また、この発明によれば、面発光レーザ素子においては、活性層の両側に配置された第１および第２の共振器スペーサー層の少なくとも一方の共振器スペーサー層は、ＡｌＧａＩｎＰからなり、反射層を構成する２種の半導体層のうち、熱伝導率が高い方の半導体層の膜厚は、ｍλ／４ｎに設定される。
【００２８】
したがって、この発明によれば、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３０】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子１００は、基板１０１と、バッファ層１０２と、反射層１０３，１０７と、共振器スペーサー層１０４，１０６と、活性層１０５と、選択酸化層１０８と、コンタクト層１０９と、ＳｉＯ２層１１０と、絶縁性樹脂１１１と、ｐ側電極１１２と、ｎ側電極１１３とを備える。なお、面発光レーザ素子１００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【００３１】
基板１０１は、ｎ型ガリウム砒素（ｎ−ＧａＡｓ）からなる。バッファ層１０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板１０１の一主面に形成される。反射層１０３は、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４４．５周期の［ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、バッファ層１０２上に形成される。
【００３２】
共振器スペーサー層１０４は、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、反射層１０３上に形成される。活性層１０５は、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＰの多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層１０４上に形成される。
【００３３】
共振器スペーサー層１０６は、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、活性層１０５上に形成される。反射層１０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２６周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層１０６上に形成される。
【００３４】
選択酸化層１０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層１０７中に設けられる。そして、選択酸化層１０８は、非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。
【００３５】
コンタクト層１０９は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層１０７上に形成される。ＳｉＯ２層１１０は、共振器スペーサー層１０４の一部の一主面と、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８およびコンタクト層１０９の端面とを覆うように形成される。
【００３６】
絶縁性樹脂１１１は、ＳｉＯ２層１１０に接して形成される。ｐ側電極１１２は、コンタクト層１０９の一部および絶縁性樹脂１１１上に形成される。ｎ側電極１１３は、基板１０１の裏面に形成される。
【００３７】
そして、反射層１０３，１０７の各々は、活性層１０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層１０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【００３８】
図２は、図１に示す活性層１０５の近傍の断面図である。図２においては、面発光レーザ素子１００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。図２を参照して、反射層１０３は、低屈折率層１０３１と、高屈折率層１０３２と、組成傾斜層１０３３とを含む。低屈折率層１０３１は、ｎ−ＡｌＡｓからなり、高屈折率層１０３２は、ｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、組成傾斜層１０３３は、低屈折率層１０３１および高屈折率層１０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【００３９】
組成傾斜層１０３３が設けられるのは、低屈折率層１０３１と高屈折率層１０３２との間の電気抵抗を低減するためである。
【００４０】
低屈折率層１０３１は、ｄ１の膜厚を有し、高屈折率層１０３２は、ｄ２の膜厚を有し、組成傾斜層１０３３は、ｄ３の膜厚を有する。
【００４１】
組成傾斜層１０３３を含まない急峻な界面を備えた反射層の場合には、反射層を構成する低屈折率層と高屈折率層の膜厚は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たすように、レーザ発振波長（λ＝７８０ｎｍ）に対してλ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率、以下同じ。）に設定される。
【００４２】
このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。実施の形態１のように、組成傾斜層１０３３を含む場合では、各半導体層と組成傾斜層１０３３を含めた厚さが、ブラッグの多重反射の条件を満たすように設定される。
【００４３】
そして、膜厚ｄ３は、たとえば、２０ｎｍに設定され、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３がブラッグの多重反射の条件を満たすように、膜厚ｄ１，ｄ２の各々が設定される。すなわち、反射層１０３中における発振光の位相変化量がπ／２となるように、ｄ１＋ｄ３およびｄ２＋ｄ３の各々が設定される。
【００４４】
反射層１０３のうち、共振器スペーサー層１０４側に配置された３個の低屈折率層１０３１Ａ，１０３１Ｂ，１０３１Ｃは、他の低屈折率層１０３１の膜厚ｄ１よりも厚い光学的な膜厚Ｄ１を有する。そして、光学的な膜厚Ｄ１は、ｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）である。すなわち、反射層１０３を構成する複数の低屈折率層１０３１のうち、共振器スペーサー層１０４側に配置された３個の低屈折率層１０３１Ａ，１０３１Ｂ，１０３１Ｃの膜厚は、他の低屈折率層１０３１の膜厚ｄ１よりも厚いｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）に設定される。
【００４５】
反射層１０７は、低屈折率層１０７１と、高屈折率層１０７２と、組成傾斜層１０７３とを含む。低屈折率層１０７１は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層１０７２は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、組成傾斜層１０７３は、低屈折率層１０７１および高屈折率層１０７２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【００４６】
その他は、反射層１０３と同じである。
【００４７】
面発光レーザ素子１００において、共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５は、共振器１２０を構成する。共振器１２０は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設定されており、一波長共振器構造を形成する。
【００４８】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層１０５は、共振器１２０（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【００４９】
反射層１０３，１０７は、低屈折率層１０３１，１０７１側がそれぞれ共振器スペーサー層１０４，１０６に接するように構成されており、低屈折率層１０３１，１０７１と共振器スペーサー層１０４，１０６との界面が発振光の電界の定在波分布における腹となっている。
【００５０】
また、上述したように、ｄ１＋ｄ３またはｄ２＋ｄ３は、発振光の位相変化量がπ／２になるように設定されるので、低屈折率層１０３１，１０７１と高屈折率層１０３２，１０７２との界面では、腹と節とが交互に現れる。
【００５１】
選択酸化層１０８は、反射層１０７において、共振器１２０（＝共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５）から４周期目の低屈折率層１０７１中に設けられる。より具体的には、選択酸化層１０８は、発振波の電界の定在波分布における節の位置に設けられる。
【００５２】
そして、選択酸化層１０８を設けた低屈折率層１０７１の膜厚は、組成傾斜層１０７３の一部を含めた発振波長に対する位相変化量が３π／２となる膜厚に設定される。このように、反射層１０７の構成層における発振光の位相変化量がπ／２の奇数倍になる場合、多重反射の位相条件を満たすことができる。
【００５３】
図３は、熱抵抗率とＡｌ組成比との関係を示す図である。図３において、縦軸は、熱抵抗率を表し、横軸は、Ａｌ組成比を表す。また、曲線ｋ１は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの熱抵抗率とＡｌ組成比ｘとの関係を示す。
【００５４】
図３を参照して、熱抵抗率は、Ａｌ組成比の増加とともに、大きくなり、０．５付近のＡｌ組成比で極大になり、Ａｌ組成比が０．５よりも多くなると、Ａｌ組成比の増加とともに、小さくなる。そして、熱抵抗率は、１．０のＡｌ組成比で最も小さくなる。
【００５５】
反射層１０３を構成する低屈折率層１０３１は、上述したように、ＡｌＡｓからなり、約１．１［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］の熱抵抗率を有する。また、反射層１０３を構成する高屈折率層１０３２は、上述したように、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、約８．５［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］の熱抵抗率を有する。したがって、低屈折率層１０３１は、高屈折率層１０３２よりも小さい熱抵抗率（＝大きい熱伝導率）を有し、反射層１０３は、第１の熱伝導率を有する低屈折率層１０３１と、第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する高屈折率層１０３２とが交互に積層された分布ブラッグ反射器からなる。
【００５６】
図４、図５および図６は、それぞれ、図１に示す面発光レーザ素子１００の作製方法を示す第１から第３の工程図である。図４を参照して、一連の動作が開始されると、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、バッファ層１０２、反射層１０３、共振器スペーサー層１０４、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８、およびコンタクト層１０９を基板１０１上に順次積層する（図４の工程（ａ）参照）。
【００５７】
この場合、バッファ層１０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層１０３のｎ−ＡｌＡｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【００５８】
また、共振器スペーサー層１０４の（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびフォスフィン（ＰＨ３）を原料として形成し、活性層１０５のＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＰをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、フォスフィン（ＰＨ３）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【００５９】
さらに、共振器スペーサー層１０６のＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層１０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００６０】
さらに、選択酸化層１０８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層１０９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００６１】
その後、コンタクト層１０９の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層１０９上にレジストパターン１３０を形成する（図４の工程（ｂ）参照）。この場合、レジストパターン１３０は、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【００６２】
レジストパターン１３０を形成すると、その形成したレジストパターン１３０をマスクとして用いて、共振器スペーサー層１０４、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８およびコンタクト層１０９の周辺部をドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン１３０を除去する（図４の工程（ｃ）参照）。
【００６３】
この場合、ドライエッチングの進行は、プラズマ発光モニターを用いてＩｎの発光を検出すると、ドライエッチングを停止する。より具体的には、面発光レーザ素子１００においては、活性層１０５もＩｎを含むため、ドライエッチングの進行とともにＩｎの発光を検出し始めてから活性層１０５中のＩｎに対応したＩｎの発光強度の周期的な変動を検出した後に、Ｉｎの発光強度がほぼ一定になると、ドライエッチングを停止する。
【００６４】
次に、図５を参照して、図４に示す工程（ｃ）の後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層１０８の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層１０８中に非酸化領域１０８ａと酸化領域１０８ｂとを形成する（図５の工程（ｄ）参照）。この場合、非酸化領域１０８ａは、１辺が４μｍである正方形からなる。
【００６５】
その後、気相化学堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、試料の全面にＳｉＯ２層１１０を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のＳｉＯ２層１１０を除去する（図５の工程（ｅ）参照）。
【００６６】
次に、試料の全体に絶縁性樹脂１１１をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂１１１を除去する（図５の工程（ｆ）参照）。
【００６７】
図６を参照して、絶縁性樹脂１１１を形成した後、光出射部となる領域上に１辺が８μｍであるレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去してｐ側電極１１２を形成する（図６の工程（ｇ）参照）。そして、基板１０１の裏面を研磨し、基板１０１の裏面にｎ側電極１１３を形成し、さらに、アニールしてｐ側電極１１２およびｎ側電極１１３のオーミック導通を取る（図６の工程（ｈ）参照）。これによって、面発光レーザ素子１００が作製される。
【００６８】
なお、図４の工程（ｃ）においては、ドライエッチングによって共振器スペーサー層１０４の一部、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７および選択酸化層１０８をエッチングし、共振器スペーサー層１０４をエッチングストップ層として用いると説明したが、この発明においては、これに限らず、工程（ｃ）においては、ドライエッチングとウェットエッチングとを併用してもよい。
【００６９】
この場合、ドライエッチングによってコンタクト層１０９、反射層１０７、選択酸化層１０８および活性層１０５を順次エッチングし、その後、硫酸系のエッチャントによって（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる共振器スペーサー層１０４の一部をウェットエッチングする。
【００７０】
また、コンタクト層１０９、反射層１０７、選択酸化層１０８および活性層１０５をウェットエッチングしてもよい。
【００７１】
面発光レーザ素子１００は、高屈折率層１０３２よりも大きい熱伝導率を有する低屈折率層１０３１のうち、共振器１２０側に配置された３個の低屈折率１０３１Ａ，１０３１Ｂ，１０３１Ｃの膜厚を他の部分の低屈折率層１０３１の膜厚よりも厚くした反射層１０３を備えるので、活性層１０５で発生した熱を低屈折率層１０３１Ａ，１０３１Ｂ，１０３１Ｃによって基板１０１へ拡散できる。その結果、活性層１０５で発生した熱を効果的に取り除くことができる。
【００７２】
また、面発光レーザ素子１００は、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる共振器スペーサー層１０４を備えるので、反射層１０３の低屈折率層１０３１がＡｌＡｓによって構成されていても、共振器スペーサー層１０４の一部と、活性層１０５、共振器スペーサー層１０６、反射層１０７、選択酸化層１０８およびコンタクト層１０９の周辺部をエッチング除去してメサ構造を作製する際に、エッチング深さが反射層１０３に至り、反射層１０３の低屈折率層１０３１を構成するＡｌＡｓが露出し、図５に示す工程（ｄ）において、反射層１０３の一部が選択酸化層１０８と一緒に酸化されるのを防止できる。
【００７３】
上記においては、反射層１０３を構成する複数の低屈折率層１０３１の一部の低屈折率層１０３１Ａ，１０３１Ｂ，１０３１Ｃの光学的な膜厚をｍλ／４ｎに設定すると説明したが、この発明においては、これに限らず、反射層１０３を構成する複数の低屈折率層１０３１の全ての低屈折率層１０３１の光学的な膜厚をｍλ／４ｎに設定してもよい。
【００７４】
また、上記においては、活性層１０５よりも基板１０１側に設けられる共振器スペーサー層１０４を（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐによって構成すると説明したが、この発明においては、これに限らず、共振器スペーサー層１０４，１０６の両方を（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐによって構成してもよい。この場合、図４の工程（ｃ）においては、ドライエッチングは、共振器スペーサー層１０６の途中で停止される。
【００７５】
その結果、面発光レーザ素子１００の活性層１０５は、隣の面発光レーザ素子の活性層と電気的につながった状態となるが、メサ構造体の周辺部にイオン注入を行って高抵抗化し、隣の面発光レーザ素子と絶縁する。すなわち、この場合、面発光レーザ素子１００は、図７に示す面発光レーザ素子１００Ａからなる。図７は、実施の形態１による面発光レーザ素子の他の概略断面図である。
【００７６】
図７を参照して、面発光レーザ素子１００Ａは、図１に示す面発光レーザ素子１００に高抵抗領域１１４，１１４を追加したものであり、その他は、面発光レーザ素子１００と同じである。
【００７７】
高抵抗領域１１４，１１４は、反射層１０７および選択酸化層１０８からなるメサ構造体の両側において、共振器スペーサー層１０４，１０６および活性層１０５の深さ位置に形成される。これによって、面発光レーザ素子１００Ａの活性層１０５を隣の面発光レーザ素子の活性層から絶縁できる。
【００７８】
［実施の形態２］
図８は、実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。図８を参照して、実施の形態２による面発光レーザ素子２００は、基板２０１と、バッファ層２０２と、反射層２０３，２０７と、共振器スペーサー層２０４，２０６と、活性層２０５と、選択酸化層２０８と、コンタクト層２０９と、ＳｉＯ２層２１０と、絶縁性樹脂２１１と、ｐ側電極２１２と、ｎ側電極２１３と、高抵抗領域２１４とを備える。なお、面発光レーザ素子２００は、８５０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【００７９】
基板２０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層２０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板２０１の一主面に形成される。反射層２０３は、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓの対を一周期とした場合、３８．５周期の［ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ］からなり、バッファ層２０２上に形成される。
【００８０】
共振器スペーサー層２０４は、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓからなり、反射層２０３上に形成される。活性層２０５は、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓの多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層２０４上に形成される。
【００８１】
共振器スペーサー層２０６は、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、活性層２０５上に形成される。反射層２０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓの対を一周期とした場合、２３周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層２０６上に形成される。
【００８２】
選択酸化層２０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層２０７中に設けられる。そして、選択酸化層２０８は、非酸化領域２０８ａと酸化領域２０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。
【００８３】
コンタクト層２０９は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層２０７上に形成される。ＳｉＯ２層２１０は、共振器スペーサー層２０６の一部の一主面と、反射層２０７、選択酸化層２０８およびコンタクト層２０９の端面とを覆うように形成される。
【００８４】
絶縁性樹脂２１１は、ＳｉＯ２層２１０に接して形成される。ｐ側電極２１２は、コンタクト層２０９の一部および絶縁性樹脂２１１上に形成される。ｎ側電極２１３は、基板２０１の裏面に形成される。
【００８５】
高抵抗領域２１４は、共振器スペーサー２０６の一部、反射層２０７、選択酸化層２０８およびコンタクト層２０９からなるメサ構造体の両側であって、共振器スペーサー層２０４，２０６および活性層２０５の深さに配置される。
【００８６】
そして、反射層２０３，２０７の各々は、活性層２０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層２０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【００８７】
図９は、図８に示す活性層２０５の近傍の断面図である。なお、図９においては、面発光レーザ素子２００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。図９を参照して、反射層２０３は、低屈折率層２０３１と、高屈折率層２０３２と、組成傾斜層２０３３とを含む。低屈折率層２０３１は、ｎ−ＡｌＡｓからなり、高屈折率層２０３２は、ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓからなり、組成傾斜層２０３３は、低屈折率層２０３１および高屈折率層２０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【００８８】
組成傾斜層２０３３が設けられるのは、低屈折率層２０３１と高屈折率層２０３２との間の電気抵抗を低減するためである。
【００８９】
低屈折率層２０３１は、ｄ４の膜厚を有し、高屈折率層２０３２は、ｄ５の膜厚を有し、組成傾斜層２０３３は、ｄ６の膜厚を有する。
【００９０】
組成傾斜層２０３３を含まない急峻な界面を備えた反射層の場合には、反射層を構成する低屈折率層と高屈折率層の膜厚は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たすように、レーザ発振波長（λ＝８５０ｎｍ）に対してλ／４ｎに設定される。
【００９１】
このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。実施の形態２のように、組成傾斜層２０３３を含む場合では、各半導体層と組成傾斜層２０３３を含めた厚さが、ブラッグの多重反射の条件を満たすように設定される。
【００９２】
そして、膜厚ｄ４は、たとえば、２０ｎｍに設定され、ｄ４＋ｄ６およびｄ５＋ｄ６がブラッグの多重反射の条件を満たすように、膜厚ｄ４，ｄ５の各々が設定される。すなわち、反射層２０３中における発振光の位相変化量がπ／２となるように、ｄ４＋ｄ６およびｄ５＋ｄ６の各々が設定される。
【００９３】
反射層２０３のうち、共振器スペーサー層２０４側に配置された３個の低屈折率層２０３１Ａ，２０３１Ｂ，２０３１Ｃは、他の低屈折率層２０３１の膜厚ｄ４よりも厚い光学的な膜厚Ｄ２を有する。そして、光学的な膜厚Ｄ２は、ｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）である。すなわち、反射層２０３を構成する複数の低屈折率層２０３１のうち、共振器スペーサー層２０４側に配置された３個の低屈折率層２０３１Ａ，２０３１Ｂ，２０３１Ｃの膜厚は、他の低屈折率層２０３１の膜厚ｄ４よりも厚いｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）に設定される。
【００９４】
反射層２０７は、低屈折率層２０７１と、高屈折率層２０７２と、組成傾斜層２０７３と含む。低屈折率層２０７１は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層２０７２は、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓからなり、組成傾斜層２０７３は、低屈折率層２０７１および高屈折率層２０７２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【００９５】
その他は、反射層２０３と同じである。
【００９６】
面発光レーザ素子２００において、共振器スペーサー層２０４，２０６および活性層２０５は、共振器１４０を構成する。共振器１４０は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設定されており、一波長共振器構造を形成する。
【００９７】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層２０５は、共振器１４０（＝共振器スペーサー層２０４，２０６および活性層２０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【００９８】
反射層２０３，２０７は、低屈折率層２０３１，２０７１側がそれぞれ共振器スペーサー層２０４，２０６に接するように構成されており、低屈折率層２０３１，２０７１と共振器スペーサー層２０４，２０６との界面が発振光の電界の定在波分布における腹となっている。
【００９９】
また、上述したように、ｄ４＋ｄ６またはｄ５＋ｄ６は、発振光の位相変化量がπ／２になるように設定されるので、低屈折率層２０３１，２０７１と高屈折率層２０３２，２０７２との界面では、腹と節とが交互に現れる。
【０１００】
選択酸化層２０８は、反射層２０７において、共振器１４０（＝共振器スペーサー層２０４，２０６および活性層２０５）から４周期目の低屈折率層２０７１中に設けられる。より具体的には、選択酸化層２０８は、発振波の電界の定在波分布における節の位置に設けられる。
【０１０１】
そして、選択酸化層２０８を設けた低屈折率層２０７１の膜厚は、組成傾斜層２０７３の一部を含めた発振波長に対する位相変化量が３π／２となる膜厚に設定される。このように、反射層２０７の構成層における発振光の位相変化量がπ／２の奇数倍になる場合、多重反射の位相条件を満たすことができる。
【０１０２】
図８に示す面発光レーザ素子２００は、図４から図６に示す工程（ａ）〜工程（ｈ）に従って作製される。そして、図４に示す工程（ａ）においては、バッファ層２０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層２０３のｎ−ＡｌＡｓおよびｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０１０３】
また、共振器スペーサー層２０４のＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層２０５のＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０１０４】
さらに、共振器スペーサー層２０６の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびフォスフィン（ＰＨ３）を原料として形成し、反射層２０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０１０５】
さらに、選択酸化層２０８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層２０９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０１０６】
また、図４に示す工程（ｃ）においては、共振器スペーサー層２０６をエッチング停止層とするドライエッチングによって、コンタクト層２０９、選択酸化層２０８および反射層２０７の周辺部がエッチングされる。
【０１０７】
さらに、ドライエッチングによって反射層２０７、選択酸化層２０８およびコンタクト層２０９からなるメサ構造体を形成した後、メサ構造体の両側に水素イオンをイオン注入して高抵抗領域２１４を形成する。
【０１０８】
このように、面発光レーザ素子２００においては、活性層２０５よりも基板２０１側に設けられる共振器スペーサー層２０４は、その周辺部がドライエッチングによって除去されない。これは、次の理由による。
【０１０９】
共振器スペーサー層２０４を構成するＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓは、５．９［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］の熱抵抗率を有し、共振器スペーサー層２０６を構成する（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、１５．２［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］の熱抵抗率を有するので、熱抵抗率が小さいＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓからなる共振器スペーサー層２０４を残して活性層２０５で発生した熱を効果的に除去するためである。
【０１１０】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１１１】
［実施の形態３］
図１０は、実施の形態３による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１０を参照して、実施の形態３による面発光レーザ素子３００は、基板３０１と、バッファ層３０２と、反射層３０３，３０７と、共振器スペーサー層３０４，３０６と、活性層３０５と、選択酸化層３０８と、コンタクト層３０９と、ＳｉＯ２層３１０と、絶縁性樹脂３１１と、ｐ側電極３１２と、ｎ側電極３１３と、高抵抗領域３１４とを備える。なお、面発光レーザ素子３００は、９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０１１２】
基板３０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層３０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板３０１の一主面に形成される。反射層３０３は、ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、３４．５周期の［ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ］からなり、バッファ層３０２上に形成される。
【０１１３】
共振器スペーサー層３０４は、ＧａＡｓからなり、反射層３０３上に形成される。活性層３０５は、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓの多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層３０４上に形成される。
【０１１４】
共振器スペーサー層３０６は、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、活性層３０５上に形成される。反射層３０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓの対を一周期とした場合、２２周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓ］からなり、共振器スペーサー層３０６上に形成される。
【０１１５】
選択酸化層３０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層３０７中に設けられる。そして、選択酸化層３０８は、非酸化領域３０８ａと酸化領域３０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。
【０１１６】
コンタクト層３０９は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層３０７上に形成される。ＳｉＯ２層３１０は、共振器スペーサー層３０６の一部の一主面と、反射層３０７、選択酸化層３０８およびコンタクト層３０９の端面とを覆うように形成される。
【０１１７】
絶縁性樹脂３１１は、ＳｉＯ２層３１０に接して形成される。ｐ側電極３１２は、コンタクト層３０９の一部および絶縁性樹脂３１１上に形成される。ｎ側電極３１３は、基板３０１の裏面に形成される。高抵抗領域３１４は、反射層３０７、選択酸化層３０８およびコンタクト層３０９からなるメサ構造体の両側であって、共振器スペーサー層３０４，３０６および活性層３０５の深さ位置に配置される。
【０１１８】
そして、反射層３０３，３０７の各々は、活性層３０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層３０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０１１９】
図１１は、図１０に示す活性層３０５の近傍の断面図である。なお、図１１においては、面発光レーザ素子３００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。図１１を参照して、反射層３０３は、低屈折率層３０３１と、高屈折率層３０３２と、組成傾斜層３０３３とを含む。低屈折率層３０３１は、ｎ−ＡｌＡｓからなり、高屈折率層３０３２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、組成傾斜層３０３３は、低屈折率層３０３１および高屈折率層３０３２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０１２０】
組成傾斜層３０３３が設けられるのは、低屈折率層３０３１と高屈折率層３０３２との間の電気抵抗を低減するためである。
【０１２１】
低屈折率層３０３１は、ｄ７の膜厚を有し、高屈折率層３０３２は、ｄ８の膜厚を有し、組成傾斜層３０３３は、ｄ９の膜厚を有する。
【０１２２】
組成傾斜層３０３３を含まない急峻な界面を備えた反射層の場合には、反射層を構成する低屈折率層と高屈折率層の膜厚は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たすように、レーザ発振波長（λ＝９８０ｎｍ）に対してλ／４ｎに設定される。
【０１２３】
このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。実施の形態３のように、組成傾斜層３０３３を含む場合では、各半導体層と組成傾斜層３０３３を含めた厚さが、ブラッグの多重反射の条件を満たすように設定される。
【０１２４】
そして、膜厚ｄ７は、たとえば、２０ｎｍに設定され、ｄ７＋ｄ９およびｄ８＋ｄ９がブラッグの多重反射の条件を満たすように、膜厚ｄ７，ｄ８の各々が設定される。すなわち、反射層３０３中における発振光の位相変化量がπ／２となるように、ｄ７＋ｄ９およびｄ８＋ｄ９の各々が設定される。
【０１２５】
反射層３０３のうち、共振器スペーサー層３０４側に配置された３個の低屈折率層３０３１Ａ，３０３１Ｂ，３０３１Ｃは、他の低屈折率層３０３１の膜厚ｄ７よりも厚い光学的な膜厚Ｄ３を有する。そして、光学的な膜厚Ｄ３は、ｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）である。すなわち、反射層３０３を構成する複数の低屈折率層３０３１のうち、共振器スペーサー層３０４側に配置された３個の低屈折率層３０３１Ａ，３０３１Ｂ，３０３１Ｃの膜厚は、他の低屈折率層３０３１の膜厚ｄ７よりも厚いｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）に設定される。
【０１２６】
反射層３０７は、低屈折率層３０７１と、高屈折率層３０７２と、組成傾斜層３０７３とを含む。低屈折率層３０７１は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層３０７２は、ｐ−ＧａＡｓからなり、組成傾斜層３０７３は、低屈折率層３０７１および高屈折率層３０７２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。
【０１２７】
その他は、反射層３０３と同じである。
【０１２８】
面発光レーザ素子３００において、共振器スペーサー層３０４，３０６および活性層３０５は、共振器１５０を構成する。共振器１５０は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設定されており、一波長共振器構造を形成する。
【０１２９】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層３０５は、共振器１５０（＝共振器スペーサー層３０４，３０６および活性層３０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０１３０】
反射層３０３，３０７は、低屈折率層３０３１，３０７１側がそれぞれ共振器スペーサー層３０４，３０６に接するように構成されており、低屈折率層３０３１，３０７１と共振器スペーサー層３０４，３０６との界面が発振光の電界の定在波分布における腹となっている。
【０１３１】
また、上述したように、ｄ７＋ｄ９またはｄ８＋ｄ９は、発振光の位相変化量がπ／２になるように設定されるので、低屈折率層３０３１，３０７１と高屈折率層３０３２，３０７２との界面では、腹と節とが交互に現れる。
【０１３２】
選択酸化層３０８は、反射層３０７において、共振器１５０（＝共振器スペーサー層３０４，３０６および活性層３０５）から４周期目の低屈折率層３０７１中に設けられる。より具体的には、選択酸化層３０８は、発振波の電界の定在波分布における節の位置に設けられる。
【０１３３】
そして、選択酸化層３０８を設けた低屈折率層３０７１の膜厚は、組成傾斜層３０７３の一部を含めた発振波長に対する位相変化量が３π／２となる膜厚に設定される。このように、反射層３０７の構成層における発振光の位相変化量がπ／２の奇数倍になる場合、多重反射の位相条件を満たすことができる。
【０１３４】
図１２に示す面発光レーザ素子３００は、図４から図６に示す工程（ａ）〜工程（ｈ）に従って作製される。そして、図４に示す工程（ａ）においては、バッファ層３０２のｎ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成し、反射層３０３のｎ−ＡｌＡｓおよびｎ−ＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【０１３５】
また、共振器スペーサー層３０４のＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層３０５のＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【０１３６】
さらに、共振器スペーサー層３０６の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびフォスフィン（ＰＨ３）を原料として形成し、反射層３０７のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ＧａＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０１３７】
さらに、選択酸化層３０８のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層３０９のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【０１３８】
また、図４に示す工程（ｃ）においては、共振器スペーサー層３０６をエッチング停止層とするドライエッチングによって、コンタクト層３０９、選択酸化層３０８および反射層３０７の周辺部がエッチングされる。
【０１３９】
さらに、ドライエッチングによって反射層３０７、選択酸化層３０８およびコンタクト層３０９からなるメサ構造体を形成した後、メサ構造体の両側に水素イオンをイオン注入して高抵抗領域３１４を形成する。
【０１４０】
このように、面発光レーザ素子３００においては、活性層３０５よりも基板３０１側に設けられる共振器スペーサー層３０４は、その周辺部がドライエッチングによって除去されない。これは、次の理由による。
【０１４１】
共振器スペーサー層３０４を構成するＧａＡｓは、２．３［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］の熱抵抗率を有し、共振器スペーサー層３０６を構成する（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐは、１５．２［Ｋ・ｃｍ／Ｗ］の熱抵抗率を有するので、熱抵抗率が小さいＧａＡｓからなる共振器スペーサー層３０４を残して活性層３０５で発生した熱を効果的に除去するためである。
【０１４２】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１４３】
［実施の形態４］
図１２は、実施の形態４による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１２を参照して、実施の形態４による面発光レーザ素子４００は、基板４０１と、バッファ層４０２と、反射層４０３，４０７と、共振器スペーサー層４０４，４０６と、活性層４０５と、選択酸化層４０８と、コンタクト層４０９と、ＳｉＯ２層４１０と、絶縁性樹脂４１１と、ｐ側電極４１２と、ｎ側電極４１３とを備える。なお、面発光レーザ素子４００は、７８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
【０１４４】
基板４０１は、ｎ−ＧａＡｓからなる。バッファ層４０２は、ｎ−ＧａＡｓからなり、基板４０１の一主面に形成される。反射層４０３は、ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３Ａｓの対を一周期とした場合、４８．５周期の［ｎ−ＡｌＡｓ／Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３Ａｓ］からなり、バッファ層４０２上に形成される。
【０１４５】
共振器スペーサー層４０４は、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、反射層４０３上に形成される。活性層４０５は、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＰの多重量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層４０４上に形成される。
【０１４６】
共振器スペーサー層４０６は、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、活性層４０５上に形成される。反射層４０７は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２６周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層４０６上に形成される。
【０１４７】
選択酸化層４０８は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層４０７中に設けられる。そして、選択酸化層４０８は、非酸化領域４０８ａと酸化領域４０８ｂとからなり、２０ｎｍの膜厚を有する。
【０１４８】
コンタクト層４０９は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層４０７上に形成される。ＳｉＯ２層４１０は、共振器スペーサー層４０４の一部の一主面と、活性層４０５、共振器スペーサー層４０６、反射層４０７、選択酸化層４０８およびコンタクト層３０９の端面とを覆うように形成される。
【０１４９】
絶縁性樹脂４１１は、ＳｉＯ２層４１０に接して形成される。ｐ側電極４１２は、コンタクト層４０９の一部および絶縁性樹脂４１１上に形成される。ｎ側電極４１３は、基板４０１の裏面に形成される。
【０１５０】
そして、反射層４０３，４０７の各々は、活性層４０５で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層４０５に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。
【０１５１】
図１３は、図１２に示す活性層４０５の近傍の断面図である。図１３においては、面発光レーザ素子４００の発振状態における発振光の電界の強度分布も模式的に示している。図１３を参照して、反射層４０３は、低屈折率層４０３１と、高屈折率層４０３２とを含む。低屈折率層４０３１は、ｎ−ＡｌＡｓからなり、高屈折率層４０３２は、ｎ−Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３Ａｓからなる。このように、活性層４０５よりも基板４０１側に設けられた反射層４０３は、組成傾斜層を用いずに、低屈折率層４０３１と、高屈折率層４０３２とを交互に積層した構造からなる。つまり、低屈折率層４０３１および高屈折率層４０３２は、相互に接するように積層される。
【０１５２】
低屈折率層４０３１は、ｄ１０の膜厚を有し、高屈折率層４０３２は、ｄ１１の膜厚を有する。
【０１５３】
反射層４０３は、組成傾斜層を含まないので、低屈折率層４０３１の膜厚ｄ１０および高屈折率層４０３２の膜厚ｄ１１は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たすように、レーザ発振波長（λ＝７８０ｎｍ）に対してλ／４ｎに設定される。
【０１５４】
このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。
【０１５５】
反射層４０３のうち、共振器スペーサー層４０４側に配置された３個の低屈折率層４０３１Ａ，４０３１Ｂ，４０３１Ｃは、他の低屈折率層４０３１の膜厚ｄ１０よりも厚い光学的な膜厚Ｄ４を有する。そして、光学的な膜厚Ｄ４は、ｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）である。すなわち、反射層４０３を構成する複数の低屈折率層４０３１のうち、共振器スペーサー層４０４側に配置された３個の低屈折率層４０３１Ａ，４０３１Ｂ，４０３１Ｃの膜厚は、他の低屈折率層４０３１の膜厚ｄ１０よりも厚いｍλ／４ｎ（ｍは２以上の整数）に設定される。
【０１５６】
反射層４０７は、低屈折率層４０７１と、高屈折率層４０７２と、組成傾斜層４０７３と含む。低屈折率層４０７１は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなり、高屈折率層４０７２は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、組成傾斜層４０７３は、低屈折率層４０７１および高屈折率層４０７２の一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる。そして、低屈折率層４０７１の膜厚、高屈折率層４０７２の膜厚および組成傾斜層４０７３の膜厚は、それぞれ、図２に示す低屈折率層１０３１の膜厚、高屈折率層１０３２の膜厚および組成傾斜層１０３３の膜厚と同じである。
【０１５７】
面発光レーザ素子４００において、共振器スペーサー層４０４，４０６および活性層４０５は、共振器１６０を構成する。共振器１６０は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設定されており、一波長共振器構造を形成する。
【０１５８】
また、誘導放出確率を高めるために、活性層４０５は、共振器１６０（＝共振器スペーサー層４０４，４０６および活性層４０５）内における中央部に位置し、かつ、発振光の定在波分布における腹に対応する位置に設けられる。
【０１５９】
反射層４０３，４０７は、低屈折率層４０３１，４０７１側がそれぞれ共振器スペーサー層４０４，４０６に接するように構成されており、低屈折率層４０３１，４０７１と共振器スペーサー層４０４，４０６との界面が発振光の電界の定在波分布における腹となっている。
【０１６０】
また、上述したように、低屈折率層４０３１の膜厚ｄ１０および高屈折率層４０３２の膜厚ｄ１１は、発振光の位相変化量がπ／２になるように設定され、反射層４０７の低屈折率層４０７１の膜厚ｄ１、高屈折率層４０７２の膜厚ｄ２および組成傾斜層４０７３の膜厚ｄ３は、ｄ１＋ｄ３またはｄ２＋ｄ３が、発振光の位相変化量がπ／２になるように設定されるので、低屈折率層４０３１，４０７１と高屈折率層４０３２，４０７２との界面では、腹と節とが交互に現れる。
【０１６１】
選択酸化層４０８は、反射層４０７において、共振器１６０（＝共振器スペーサー層４０４，４０６および活性層４０５）から４周期目の低屈折率層４０７１中に設けられる。より具体的には、選択酸化層４０８は、発振波の電界の定在波分布における節の位置に設けられる。
【０１６２】
そして、選択酸化層４０８を設けた低屈折率層４０７１の膜厚は、組成傾斜層４０７３の一部を含めた発振波長に対する位相変化量が３π／２となる膜厚に設定される。このように、反射層４０７の構成層における発振光の位相変化量がπ／２の奇数倍になる場合、多重反射の位相条件を満たすことができる。
【０１６３】
図１４は、図１２に示す活性層４０５の近傍の断面図およびドーピング量を示す図である。図１４を参照して、反射層４０４を構成する低屈折率層４０３１のうち、活性層４０５の近傍に配置された低屈折率層４０３１Ａ，４０３１Ｂ，４０３１Ｃにおいて、発振光の電界の定在波分布の腹に対応する領域のドーピング量は、他の領域におけるドーピング量よりも少ない。
【０１６４】
これによって、活性層４０５で発振した発振光の吸収量を低減し、面発光レーザ素子４００の光出力を高くできる。
【０１６５】
図１５は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのエネルギーレベルとＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのＡｌ組成比との関係を示す図である。図１５において、縦軸は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのエネルギーレベルを表し、横軸は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのＡｌ組成比ｘを表す。また、曲線ｋ２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの伝導帯のエネルギーレベルを示し、曲線ｋ３は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの価電子帯のエネルギーレベルを示す。
【０１６６】
図１５を参照して、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの伝導帯のエネルギーレベルは、Ａｌ組成比ｘが増加するに伴って単調に上昇し、光学的遷移が直接遷移から間接遷移へ変化する０．４３のＡｌ組成比で最大値になる。そして、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの伝導帯のエネルギーレベルは、Ａｌ組成比ｘが０，４３以上に増加するに従って徐々に低下する（曲線ｋ２参照）。  一方、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの価電子帯のエネルギーレベルは、Ａｌ組成比ｘが増加するに伴って単調に低下する（曲線ｋ３参照）。
【０１６７】
上述したように、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの伝導帯のエネルギーレベルは、Ａｌ組成比ｘが０〜０．４３の範囲では、Ａｌ組成比ｘの増加に伴って高くなり、Ａｌ組成比ｘが０．４３以上の範囲では、Ａｌ組成比ｘの増加に伴って低下する。
【０１６８】
したがって、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの伝導帯のエネルギーレベルが同じである２つのＡｌ組成比ｘが存在することになる。そして、Ａｌ組成比ｘが０．３７であるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの伝導帯のエネルギーレベルは、Ａｌ組成比ｘが１．０であるＡｌＡｓの伝導帯のエネルギーレベルと一致する。
【０１６９】
図１６は、Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３ＡｓおよびＡｌＡｓのエネルギーバンド図である。図１６を参照して、フェルミレベルＥＦが一致するようにＡｌ０．３７Ｇａ０．６３ＡｓとＡｌＡｓとを接合することによって、伝導帯は、フラットとなり、Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３ＡｓとＡｌＡｓとの界面には、バンド不連続に起因するスパイクは存在しない。
【０１７０】
反射層４０３は、上述したように、ＡｌＡｓからなる低屈折率層４０３１と、Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３Ａｓからなる高屈折率層４０３２とを交互に積層した構造からなるので、組成傾斜層を用いずに反射層４０３を形成しても、反射層４０３は、電子に対して抵抗となる障壁を持たない。
【０１７１】
一方、Ａｌ組成比ｘが０．３７から１．０まで変化するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなる組成傾斜層を用いて反射層４０３を形成した場合、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．３７＜ｘ＜１．０）は、Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３ＡｓおよびＡｌＡｓよりも大きい熱抵抗率（＝小さい熱伝導率）を有する（図３の曲線ｋ１参照）。
【０１７２】
したがって、組成傾斜層を用いずに反射層４０３を形成することにより、反射層４０３の電気抵抗の増加を防止して反射層４０３の熱伝導率をさらに大きくでき、活性層４０５で発生した熱をさらに効果的に取り除くことができる。
【０１７３】
なお、図１２に示す面発光レーザ素子４００は、図４から図６に示す工程（ａ）〜工程（ｈ）に従って作製される。
【０１７４】
また、実施の形態４においては、実施の形態２による面発光レーザ素子２００において、反射層２０３は、組成傾斜層２０３３を用いずにＡｌＡｓからなる低屈折率層と、Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３Ａｓからなる高屈折率層とを交互に積層した積層構造からなっていてもよい。これによって、８５０ｎｍ帯のレーザ光を発振する面発光レーザ素子２００において、活性層２０５よりも基板２０１側に配置された反射層２０３の電気抵抗を小さくし、さらに、活性層２０５で発生した熱を効果的に取り除くことができる。
【０１７５】
上述した実施の形態１から実施の形態４においては、反射層１０３，２０３，３０３，４０３を構成する複数の低屈折率層１０３１，２０３１，３０３１，４０３１のうち、活性層１０５，２０５，３０５，４０５側に配置された３個の低屈折率層１０３１Ａ，１０３１Ｂ，１０３１Ｃ／２０３１Ａ，２０３１Ｂ，２０３１Ｃ／３０３１Ａ，３０３１Ｂ，３０３１Ｃ／４０３１Ａ，４０３１Ｂ，４０３１Ｃは、全て同じ膜厚（＝ｍλ／４ｎ）に設定されると説明したが、この発明においては、これに限らず、低屈折率層１０３１Ａ，２０３１Ａ，３０３１Ａ，４０３１Ａは、５λ/４ｎの膜厚に設定され、低屈折率層１０３１Ｂ，２０３１Ｂ，３０３１Ｂ，４０３１Ｂは、３λ/４ｎの膜厚に設定され、低屈折率層１０３１Ｃ，２０３１Ｃ，３０３１Ｃ，４０３１Ｃは、２λ/４ｎの膜厚に設定されるようにしてもよい。すなわち、活性層１０５，２０５，３０５，４０５よりも基板１０１，２０１，３０１，４０１側に配置された反射層１０３，２０３，３０３，４０３を構成する低屈折率層１０３１，２０３１，３０３１，４０３１の膜厚をλ／４ｎよりも厚い範囲において活性層１０５，２０５，３０５，４０５に近い側から順に薄くなるようにしてもよい。
【０１７６】
６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯および９８０ｎｍ帯において、分布ブラッグ反射器に用いられるＡｌＧａＡｓ材料の典型的なＡｌ組成を表１に示す。
【０１７７】
【表１】
2007299897.tif 000003
【０１７８】
また、図１７は、表１に記載された組成で形成された分布ブラッグ反射器の１ｃｍ２、１ペア当たりの熱抵抗を示す。図１７において、縦軸は、分布ブラッグ反射器の１ｃｍ２、１ペア当たりの熱抵抗を表し、横軸は、発振波長を表す。また、曲線ｋ４は、分布ブラッグ反射器が組成傾斜層を含む場合を示し、曲線ｋ５は、分布ブラッグ反射器が組成傾斜層を含まない場合を示す。
【０１７９】
なお、図１７においては、分布ブラッグ反射器を構成する低屈折率層および高屈折率層の膜厚は、λ／４ｎに設定され、組成傾斜層の膜厚は、発振波長に関係無く、２０ｎｍ一定である。
【０１８０】
図１７を参照して、発振波長が短波長になると、分布ブラッグ反射器に使用可能な高屈折率層のＡｌ組成が大きくなることによって、熱抵抗は、大きくなる。そして、発振波長がさらに短波長になると、Ａｌ組成が増加することによって、高屈折率層の熱抵抗が著しく高くなり、組成傾斜層の熱抵抗の方が小さくなるため、６５０ｎｍ帯においては、組成傾斜層を含まない方が熱抵抗が大きくなっている。
【０１８１】
また、短波長になると、Ａｌ組成の増加に伴い、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差が小さくなるため、高い反射率を得るためには、ペア数を増やす必要がある。また、組成傾斜層によって反射率が低下するので、その分ペア数を増やす必要がある。
【０１８２】
表２は、組成傾斜層を設けた場合と設けない場合との分布ブラッグ反射器で９９．９９９％を超える反射率を得るのに必要なペア数を示す。
【０１８３】
【表２】
2007299897.tif 000004
【０１８４】
表２に示すように、６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯および９８０ｎｍ帯の各波長帯において、組成傾斜層を設けない場合の方が、ペア数が少ない。
【０１８５】
図１８は、実際のペア数で計算した１ｃｍ２当たりの熱抵抗と発振波長との関係を示す図である。図１８において、縦軸は、実際のペア数で計算した１ｃｍ２当たりの熱抵抗を表し、横軸は、発振波長を表す。また、曲線ｋ６は、組成傾斜層を含む場合を示し、曲線ｋ７は、組成傾斜層を含まない場合を示す。
【０１８６】
図１８に示す結果から、６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯および９８０ｎｍ帯の各波長帯において、組成傾斜層を含まない方が、１ｃｍ２当たりの熱抵抗が小さくなることが解る。
【０１８７】
表３は、表１に示す低屈折率層および高屈折率層の組み合わせにおける伝導帯のバンド不連続量を示す。
【０１８８】
【表３】
2007299897.tif 000005
【０１８９】
このように、従来、典型的に用いられていた低屈折率層および高屈折率層の組み合わせにおいては、伝導帯側のバンド不連続量は、５０ｍｅＶ以上である。
【０１９０】
一方、実施の形態４で説明したように、低屈折率層をＡｌＡｓによって構成し、高屈折率層をＡｌ０．３７Ｇａ０．６３Ａｓによって構成すると、伝導帯のバンド不連続量は、０ｍｅＶとなる。
【０１９１】
図１９は、抵抗率と波長との関係を示す図である。図１９において、縦軸は、抵抗率を表し、横軸は、波長を表す。また、曲線ｋ８は、従来の分布ブラッグ反射器の抵抗率と波長との関係を示し、曲線ｋ９は、低屈折率層をＡｌＡｓによって構成し、高屈折率層をＡｌ０．３７Ｇａ０．６３Ａｓによって構成した分布ブラッグ反射器の抵抗率と波長との関係を示す。
【０１９２】
従来の分布ブラッグ反射器においては、発振波長が７８０ｎｍ、８５０ｎｍおよび９８０ｎｍと長波長化されると、抵抗率は、急激に大きくなる。一方、低屈折率層をＡｌＡｓによって構成し、高屈折率層をＡｌ０．３７Ｇａ０．６３Ａｓによって構成した分布ブラッグ反射器においては、発振波長が７８０ｎｍ、８５０ｎｍおよび９８０ｎｍと長波長化されても、抵抗率は、殆ど大きくならない。
【０１９３】
伝導帯のバンド不連続量が０ｅＶとなる材料の組み合わせは、ＡｌＡｓ／Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３Ａｓ以外にも、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３８Ｇａ０．６２Ａｓの組み合わせが存在する。
【０１９４】
したがって、この発明は、７８０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯および９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子において、伝導帯のバンド不連続量が０ｅＶである低屈折率層および高屈折率層からなる分布ブラッグ反射器を用いることを特徴とする。この特徴によって、電気抵抗の増加を防止して活性層で発生した熱を効果的に取り除くことができる。
【０１９５】
なお、伝導帯のバンド不連続量が０ｅＶになるように設計された組成と、実際に結晶成長された組成とは、１％程度の差を含むので、実際には、１０ｍｅＶ程度のバンド不連続量が存在する。しかし、この程度のバンド不連続量は、高抵抗化に殆ど影響しないので、この発明においては、低屈折率層と高屈折率層との伝導帯のバンド不連続量が略０とは、低屈折率層と高屈折率層との伝導帯のバンド不連続量が０〜１０ｍｅＶの範囲であることを言う。
【０１９６】
［応用例］
図２０は、図１に示す面発光レーザ素子１００を用いた面発光レーザアレイの平面図である。図２０を参照して、面発光レーザアレイ５００は、２４個の面発光レーザ素子１００を所定の間隔で略菱形に配列した構造からなる。
【０１９７】
上述したように、面発光レーザ素子１００は、活性層１０５で発生した熱を効果的に取り除くことができるので、面発光レーザアレイ５００は、高出力な発振光を出射できる。
【０１９８】
なお、面発光レーザアレイ５００は、面発光レーザ素子１００に代えて面発光レーザ素子１００Ａ，２００，３００，４００のいずれかを備えていてもよい。
【０１９９】
図２１は、図１に示す面発光レーザ素子１００または図２０に示す面発光レーザアレイ５００を用いた電子写真システムの概略図である。図２１を参照して、電子写真システム６００は、感光ドラム６０１と、光学走査系６０２と、書き込み光源６０３と、同期制御回路６０４とを備える。
【０２００】
感光ドラム６０１は、同期制御回路６０４からの制御に従って、光学走査系６０２からの成形ビームによって潜像を形成する。光学走査系６０２は、ポリゴンミラーおよびレンズ収束系からなり、同期制御回路６０４からの制御に従って、書き込み光源６０３からのレーザ光を感光ドラム６０１上に集光する。
【０２０１】
書き込み光源６０３は、面発光レーザ素子１００または面発光レーザアレイ５００からなり、同期制御回路６０４からの制御に従って高出力なレーザ光を発振し、その発振したレーザ光を光学走査系６０２へ出射する。同期制御回路６０４は、感光ドラム６０１、光学走査系６０２および書き込み光源６０３を制御する。
【０２０２】
上述したように、面発光レーザ素子１００および面発光レーザアレイ５００は、高出力なレーザ光を発振可能であるので、電子写真システム６００においては、高速書き込みが可能であり、さらに、高精細な画像を得ることができる。
【０２０３】
図２２は、図１に示す面発光レーザ素子１００を用いた光通信システムの概略図である。図２２を参照して、光通信システム７００は、機器７１０，７２０と、光ファイバアレイ７３０とを備える。
【０２０４】
機器７１０は、駆動回路７１１と、レーザアレイモジュール７１２とを含む。駆動回路７１１は、レーザアレイモジュール７１２を駆動する。レーザアレイモジュール７１２は、面発光レーザ素子１００を１次元に配列したアレイモジュールからなる。そして、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子１００は、光ファイバアレイ７３０の各光ファイバに連結されている。
【０２０５】
レーザアレイモジュール７１２は、駆動回路７１１によって駆動されると、高出力なレーザ光を発振し、送信信号を光信号に変換して光ファイバアレイ７３０を介して機器７２０へ送信する。なお、光通信システム７００においては、１次元に配列された複数の面発光レーザ素子１００は、「面発光レーザアレイ」を構成する。
【０２０６】
機器７２０は、フォトダイオードアレイモジュール７２１と、信号検出回路７２２とを含む。フォトダイオードアレイモジュール７２１は、１次元に配列された複数のフォトダイオードからなる。そして、複数のフォトダイオードは、光ファイバアレイ７３０の各ファイバに連結されている。したがって、フォトダイオードアレイモジュール７２１の各フォトダイオードは、各光ファイバを介してレーザアレイモジュール５１２の各面発光レーザ素子１００に接続されている。
【０２０７】
フォトダイオードアレイモジュール７２１は、光ファイバアレイ７３０から光信号を受信し、その受信した光信号を電気信号に変換する。そして、フォトダイオードアレイモジュール７２１は、その変換した電気信号を受信信号として信号検出回路７２２へ出力する。信号検出回路７２２は、フォトダイオードアレイモジュール７２１から受信信号を受け、その受けた受信信号を検出する。
【０２０８】
光ファイバアレイ７３０は、機器７１０のレーザアレイモジュール７１２を機器７２０のフォトダイオードアレイモジュール７２１に連結する。
【０２０９】
上述したように、面発光レーザ素子１００は、高出力なレーザ光を出射できるので、機器７１０は、伝送誤りを少なくして信号を機器７２０へ送信できる。その結果、光通信システム７００の信頼性を向上できる。
【０２１０】
なお、光通信システム７００においては、並列光インターコネクションシステムを例に説明したが、この発明による光通信システムは、これに限られず、単一の面発光レーザ素子１００を用いたシリアル伝送システムであってもよい。
【０２１１】
また、機器間の他にも、ボード間、チップ間およびチップ内インターコネクション等に応用してもよい。
【０２１２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２１３】
この発明は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子に適用される。また、この発明は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子を備えた面発光レーザアレイに適用される。さらに、この発明は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子、またはそれを備えた面発光レーザアレイを用いた画像形成装置に適用される。さらに、この発明は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子、またはそれを備えた面発光レーザアレイを用いた光インターコネクションシステムに適用される。さらに、この発明は、活性層で発生した熱を効果的に取り除くことが可能な面発光レーザ素子、またはそれを備えた面発光レーザアレイを用いた光通信システムに適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２１４】
【図１】この発明の実施の形態１による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２】図１に示す活性層の近傍の断面図である。
【図３】熱抵抗率とＡｌ組成比との関係を示す図である。
【図４】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図５】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図６】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第３の工程図である。
【図７】実施の形態１による面発光レーザ素子の他の概略断面図である。
【図８】実施の形態２による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図９】図８に示す活性層の近傍の断面図である。
【図１０】実施の形態３による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１１】図１０に示す活性層の近傍の断面図である。
【図１２】実施の形態４による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図１３】図１２に示す活性層の近傍の断面図である。
【図１４】図１２に示す活性層の近傍の断面図およびドーピング量を示す図である。
【図１５】ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのエネルギーレベルとＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのＡｌ組成比との関係を示す図である。
【図１６】Ａｌ０．３７Ｇａ０．６３ＡｓおよびＡｌＡｓのエネルギーバンド図である。
【図１７】表１に記載された組成で形成された分布ブラッグ反射器の１ｃｍ２、１ペア当たりの熱抵抗を示す。
【図１８】実際のペア数で計算した１ｃｍ２当たりの熱抵抗と発振波長との関係を示す図である。
【図１９】抵抗率と波長との関係を示す図である。
【図２０】図１に示す面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイの平面図である。
【図２１】図１に示す面発光レーザ素子または図２０に示す面発光レーザアレイを用いた電子写真システムの概略図である。
【図２２】図１に示す面発光レーザ素子を用いた光通信システムの概略図である。
【符号の説明】
【０２１５】
１００，１００Ａ，２００，３００，４００  面発光レーザ素子、１０１，２０１，３０１，４０１  基板、１０２，２０２，３０２，４０２  バッファ層、１０３，１０７，２０３，２０７，３０３，３０７，４０３，４０７  反射層、１０４，１０６，２０４，２０６，３０４，３０６，４０４，４０６  共振器スペーサー層、１０５，２０５，３０５，４０５  活性層、１０８，２０８，３０８，４０８  選択酸化層、１０８ａ，２０８ａ，３０８ａ，４０８ａ  非酸化領域、１０８ｂ，２０８ｂ，３０８ｂ，４０８ｂ  酸化領域、１０９，２０９，３０９，４０９  コンタクト層、１１０，２１０，３１０，４１０  ＳｉＯ２層、１１１，２１１，３１１，４１１  絶縁性樹脂、１１２，２１２，３１２，４１２  ｐ側電極、１１３，２１３，３１３，４１３  ｎ側電極、１１４，４１４  高抵抗領域、１３０  レジストパターン、１２０，１４０，１５０，１６０  共振器、５００  面発光レーザアレイ、６００  電子写真システム、６０１  感光ドラム、６０２  光学走査系、６０３  書き込み光源、６０４  同期制御回路、７００  光通信システム、７１０，７２０  機器、７１１  駆動回路、７１２  レーザアレイモジュール、７２１  フォトダイオードアレイモジュール、７２２  信号検出回路、７３０  光ファイバアレイ、１０３１，１０７１，２０３１，２０７１，３０３１，３０７１，４０３１，４０７１  低屈折率層、１０３２，１０７２，２０３２，２０７２，３０３２，３０７２，４０３２，４０７２  高屈折率層、１０３３，１０７３，２０３３，２０７３，３０３３，３０７３，４０７３  組成傾斜層。
【図３】
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【図８】
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【図１０】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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